完整word版硫酸的工业制法接触法.docx
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完整word版硫酸的工业制法接触法
硫酸的工业制法—接触法
一、素质教育目标
(一)知识教学点
1.初步掌握接触法制硫酸的化学反应原理。
2.了解接触法制硫酸的生产过程及典型设备。
3.认识环境保护的重要性,了解防止环境污染的初步知识。
4.初步掌握多步反应的计算规律。
(二)能力训练点
1.培养学生自学能力、语言表达能力和总结归纳知识的能力。
2.培养学生化学计算的技能。
(三)德育渗透点
1.通过多媒体教学,培养学生学习工业化学的兴趣。
2.通过设置问题,激发学生探索新知识的欲望,培养学生的进取精神。
3.培养学生实事求是,具体问题具体分析的科学品质。
4.对学生进行环境保护的教育。
二、教学重点、难点、疑点及解决办法
1.重点
(1)接触法制硫酸的化学反应原理。
(2)多步反应的计算方法。
2.难点
工业生产中的多步化学反应计算。
3.疑点
(1)吸收SO3为什么不用水,而用98.3%的浓硫酸?
(2)在工业生产中为什么可将中间产物的损失率看成是原料的损失率呢?
4.解决办法
(1)重点的解决办法
在接触法制硫酸的化学反应原理中,重点之重点是制取二氧化硫的反应原理:
4FeS2+11O2
2Fe2O3+8SO2
①强调“FeS2”的名称及色态。
②指出FeS2中硫的化合价为-1价。
③从氧化还原角度全面分析上述反应(谁被氧、被还原?
谁是氧化剂、还原剂?
谁是氧化产物,还原产物?
标出电子转移方向及总数)。
(2)难点的解决办法
①搞清计算中涉及到的转化率、利用率、产率、损失率、纯度等概念并正确处理它们之间的关系。
②根据元素的守恒原则或多步反应的化学方程式,推导出起始原料与最终产物之间的定量关系式。
(3)疑点的解决办法
①计算机模拟工业生产中分别用98.3%的浓硫酸和水来吸收SO3的不同情景,形象、具体地说明了用水做吸收剂时,易形成酸雾,减慢吸收速度,不利于SO3的吸收,所以工业上是采用98.3%的浓硫酸来吸收SO3的。
②通过分步计算,推导验证中间产物的损失率=原料的损失率。
三、课时安排
2课时。
四、教具准备
计算机、大屏幕实物投影仪、教鞭、自制教学软件。
五、学生活动设计
1.指导学生阅读课,组织学生讨问题,帮助学生对知识进行归纳、总结。
2.通过软件演示,指导学生观察接触法制硫酸的主要设备和生产过程。
3.进行多步计算教学时,先让学生分步计算,然后组织学生充分讨论,最后归纳出简便的解法。
六、教学步骤
第一课时
(一)明确目标
1.知识目标
(1)初步掌握接触法制硫酸的化学反应原理。
(2)了解接触法制硫酸的生产过程及典型设备。
2.能力目标
(1)培养学生自学能力和观察能力。
(2)培养学生语言表达能力和总结归纳知识的能力。
3.德育目标
(1)通过多媒体教学,培养学生学习工业化学的兴趣的情感。
(2)通过问题讨论,激发学生探索新知识的欲望,培养学生的进取精神。
(3)培养学生实事求是,具体问题具体分析的科学品质。
(二)重点、难点的学习与目标完成过程
[引入]硫酸是化学工业中最重要的产品之一,硫酸的年产量常常是衡量一个国家化工生产能力的重要指标,它在工农业和国防中有其广泛的用途,今天我们来学习硫酸的工业制法——接触法。
下面先来学习接触法制硫酸的化学反应原理和生产过程。
[板书]第三节硫酸的工业制——接触法
一、接触法制造硫酸的反应原理和生产过程
(一)反应原理
[讨论]要制得硫酸,一般需要先制哪种物质?
[回答]三氧化硫。
因为三氧化硫与水反应生成硫酸。
[讨论]要制得三氧化硫,先要制得哪种物质?
[回答]二氧化硫。
因为二氧化硫跟氧气反应,可制得三氧化硫。
[讨论]二氧化硫可用什么方法制取呢?
[回答]用硫黄燃烧制取二氧化硫。
[讲述]这固然是一种方法,但我国硫黄资源不如硫铁矿资源丰富,我们通常用燃烧硫铁矿的方法来制取二氧化硫。
[板书]FeS2→SO2→SO3→H2SO4
[过渡]根据制造硫酸的反应原理,可把其生产过程分为三个阶段。
第一个阶段是二氧化硫的制取和净化。
[板书]
(二)生产过程
1.二氧化硫的制取和净化
[指导阅读]课本第71~72页。
[设问]燃烧黄铁矿的设备叫什么?
[回答]沸腾炉。
[追问]为什么把这一设备称做沸腾炉呢?
[软件演示]黄铁矿在沸腾炉里燃烧。
指导学生观察沸腾炉的构造和原料进入的部位。
[讲述]生产上利用逆流的原理,将粉碎好的黄铁矿的细小矿粒从上至下倒入炉内,而强大的空气流从下至上通入,因此把炉内的矿粒吹的剧烈翻腾,如像沸腾着的液体一样,所以人们把这种炉子称做沸腾炉。
[讨论]1.为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒?
[回答]矿粒细小,跟空气接触面大,燃烧充分,燃烧快。
[讨论]2.为什么要从炉底通入强大空气流而使矿粒呈沸腾状态?
[回答]使矿粒与空气接触更充分,烧烧快,反应完全,提高了原料的利用率。
[讨论]3.从沸腾炉里出来的炉气为什么要净化?
[回答]防止催化剂中毒;防止对设备和生产的不利影响。
[讨论]4.什么叫催化剂中毒?
[回答]使催化剂作用减弱或失去作用的这种现象叫催化剂中毒。
[讨论]5.对炉气进行净化通常需用哪些措施?
净化后的气体主要成份是什么?
[回答]净化措施:
除尘、洗涤和干燥。
净化后的气体:
SO2、O2、N2。
[过渡]对以上讨论结果进行归纳总结,掌握以下重点内容。
[板书]
(1)主要设备:
沸腾炉
(2)主要反应:
4FeS2+11O2
2FeO3+8SO2
强调:
①FeS2中硫元素为-1价;
②FeS2名称:
二硫化亚铁;
③FeS2是一种不溶于水的黑色固体。
[提问]1.上述反应谁被氧化,被还原?
几种元素氧化几种元素?
几种元素还原几种元素?
[回答]+2价的铁元素和-1价的硫元素被氧化,0价的氧元素被还原;一种元素氧化两种元素,两种元素还原一种元素。
[提问]2.谁是氧化剂、还原剂?
谁是氧化产物、还原产物?
[回答]O2是氧化剂,FeS2是还原剂,Fe2O3和SO2是氧化产物,又是还原产物。
[提问]3.标出电子转移的方向和总数,1molS转移多少摩电子?
1mol Fe转移多少摩电子?
1molFeS2转移11mol电子。
[板书](3)炉气净化:
三净化
①除尘、除矿尘
②洗涤:
除砷、硒等的化合物
③干燥:
除水蒸气
[设问]净化后的炉气将进入哪一个生产阶段呢?
[板书]2.二氧化硫氧化成三氧化硫
[指导阅读]课本第72~73页。
[讨论]1.二氧化硫在什么条件下才能氧化成三氧化硫?
[回答]一定温度(400~500℃),适当催化剂(V2O5)。
[讨论]2.二氧化硫氧化成三氧化硫的反应是在什么设备中进行的?
[回答]接触室。
[讨论]3.在接触室里装有热交换器,它的作用是什么?
[回答]用来把反应时生成的热,传递给进入接触室的需要预热的混合气体,并冷却反应后生成的气体。
[软件演示]1.接触室中二氧化硫和氧气的运动及转化。
2.热交换器的工作原理
指导学生观察接触室和热交换器的内部构造以及SO2和O2在接触室里运动及转化的情况。
[讲述]通过软件演示我们观察到在接触室中装有一定数目的隔板,隔板上装有催化剂V2O5,而在每两层隔板之间是由许多平行管道组成的热交换器。
经过净化的SO2和O2进入接触室后,在管道的空隙间运动,当被加热到一定温度并与催化剂接触,生成的SO3顺着管道流出,因SO2氧化成SO3的反应是一个放热反应,所以在管道内流动的是热气体,在管道外流动的是冷气体,二者在管壁进行热交换,使得管内的SO3气体得到冷却,管外流动的SO2和O2受到预热,这样就不需要外界给反应物始终加热,而是利用反应自身放出的热量使反应发生,可节省能源。
[板书]
(1)主要设备:
接触室。
[提问]为什么叫接触室?
[回答]因SO2被氧化成SO3,是与催化剂接触后才完成的,所以称为接触室。
[板书]
(2)主要反应
2SO2+O2
2SO3
[提问]上述反应有何特点?
从接触室里出来的气体主要含有哪些物质?
[回答]是一个放热的可逆反应,从接触室里出来气体含有SO3、SO2、N2和O2。
[板书](3)热交换器作用:
第73页
[过渡]从接触室出来的气体将进入哪一个阶段?
[板书]3.三氧化硫的吸收和硫酸的生成
[指导阅读]课本第74页
[讨论]1.工业上用什么物质吸收三氧化硫制取硫酸?
[回答]用98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。
[讨论]2.为什么不用水或稀硫酸来吸收三氧化硫呢?
[回答]SO3与H2O化合时,放出大量热,如用H2O或稀H2SO4做吸收剂时,易形成酸雾,吸收速度减慢,不利于SO3的吸收。
[软件演示]分别用水和98.3%的浓硫酸吸收三氧化硫。
观察是否有白色酸雾产生。
[讨论]3.硫酸厂用什么设备来吸收三氧化硫?
[回答]吸收塔。
[讨论]4.硫酸厂的尾气未经处理能否直接排入大气?
[回答]不能,尾气中含有二氧化硫,直接排放会造成环境污染。
[板书]
(1)主要设备:
吸收塔
(2)主要反应:
SO3+H2O==H2SO4
(3)尾气处理:
氨水吸收
2NH3+H2O+SO2==(NH4)2SO3
NH2+H2O+SO2==NH4HSO3
(NH4)2SO3+H2SO4==(NH4)2SO4+SO2↑+H2O
2NH4HSO3+H2SO4==(NH4)2SO4+2SO2↑+2H2O
[讲述]用氨水吸收尾气既防止了二氧化硫污染空气,又使得二氧化硫被充分的回收利用,而硫酸铵可作为化学肥料。
(三)总结与扩展
接触法制硫酸可以概括为:
三阶段、三方程、三设备、三净化。
本课时应重点掌握接触法制硫酸的化学反应原理,了解其生产过程及典型设备。
(四)板书设计
硫酸的工业制法—接触法
一、接触法制硫酸的反应原理和生产过程
(一)反应原理
FeS2→SO2→SO3→H2SO2
(二)生产过程
1.二氧化硫的制取和净化
(1)主要设备:
沸腾炉。
(2)主要反应:
4FeS2+11O2
2Fe2O3+8SO2
(3)炉气净化:
①除尘:
除矿尘
②洗涤:
除砷、硒等的化合物
③干燥:
除水蒸气
2.二氧化硫氧化成三氧化硫
(1)主要设备:
接触室。
(2)主要反应:
2SO2+O2
2SO3
(3)热交换器作用:
P73
3.三氧化硫的吸收和硫酸的生成
(1)主要设备:
吸收塔。
(2)主要反应:
SO3+H2O==H2SO4
(3)尾气处理:
氨水吸收。
2NH3+H2O+SO2==(NH4)2SO3
NH3+H2O+SO2==NH4HSO3
(NH4)2SO3+H2SO4==(NH4)2SO2+SO2↑+H2O2
NH4HSO3+H2SO4==(NH4)2SO4+2SO2↑+2H2O
第二课时
(一)明确目标
1.知识目标
(1)了解环境保护的初步知识
(2)初步掌握多步反应的计算规律
2.能力目标
(1)培养学生自学能力和总结概括知识的能力。
(2)培养学生化学计算的技能。
3.德育目标
(1)通过问题讨论,培养学生勇于探索的精神品质
(2)对学生进行环境保护的教育。
(二)重点、难点的学习与目标完成过程
[引入]人类在漫长的历史进程中不断改造自然、征服自然,使生活和劳动的条件得到改善,同时也带来对环境不同程度的污染和破坏,被破坏了的环境反过来又影响人类的生产和生活,并直接威胁着人类的健康和生存,所以保护环境就是保护人类自身,今天我们学习有关环境保护的知识。
[板书]二、环境保护
[指导阅读]课本第75~77页
[讨论]1.环境污染包括哪些污染?
[回答]包括:
大气污染、水污染、土壤污染、食品污染等。
此外,还包括固体废弃物、放射性、噪声等污染。
[过渡]下面我们重点研究大气污染的原因、危害和防治措施。
[板书]1.环境污染
(1)大气污染
[讲述]硫酸厂尾气排出的二氧化硫,燃料不完全燃烧和汽车尾气的排放,石油裂解等过程产生的一氧化碳和碳氢化合物,硝酸、硝酸盐、氮肥等工厂排放的氮的氧化物等等造成大气污染。
[讨论]2.大气污染物包括哪些?
[回答]包括:
二氧化硫、碳的氧化物、氮的氧化物、碳氢化合物、粉尘、煤烟等。
[讨论]3.为什么说二氧化硫是大气的主要污染物?
[回答]使人发生呼吸道疾病,甚至死亡;会使植物枯死;导致酸雨的形成。
[讨论]3.什么是酸雨?
[回答]降水时,硫的氧化物以及所形成的硫酸和硫酸盐随雨雾降到地面,形成所谓的“酸雨”。
[讲述]正常情况下,由于空气中二氧化碳不断溶解在水中,其pH值约为6~7,略呈酸性,而如果空气中其他的酸性气体较多,也溶于水的话,那么降水的pH值就会明显减小,科学界把pH值5.6作为临界值,pH值低于5.6的酸性降水便被称为酸雨。
[板书]
(2)酸雨:
pH<5.6的降水
[讨论]4.酸雨是怎样形成的?
用化学方程式表示。
[板演]SO3+H2O==H2SO4
SO2+H2O==H2SO3
2H2SO2+O2==2H2SO4
[讨论]5.酸雨有哪些危害?
[回答]可使湖泊水质酸化,毒害鱼类和其它水生生物;使土壤酸化,破坏农田、损害农作物、森林;酸雨还会腐蚀建筑物、金属制品、名胜古迹等。
[讲述]自从本世纪50年代北美和西欧发现酸雨以后,酸雨的影响范围正在不断扩大。
酸雨的受害者首当其中的要推湖泊。
酸雨使湖水酸度增加,被极度酸化的湖水,粗看上去清彻透明、碧纯可爱,细看则既无游鱼又无浮萍,一片死寂,似“水中坟墓”。
据报道酸雨已经使挪威和瑞典的4万多个湖泊中的鱼死亡。
美国纽约州的阿第伦达山区,有217个过去盛产鲑鱼、鲈鱼的湖泊已成了无鱼的“死湖”。
酸雨还会使森林退化、土壤酸度增加。
在德国、捷克、波兰不断有森林受到了损害的报导传来,一些学者不无忧虑地指出:
“经营了数百年的森林成果看来将在今后几年内丧失,森林正在快速地在中欧消失。
”在酸雨存在的地区,棉花、小麦和豌豆等农作物明显减产。
在我国,酸雨的危害,也日益加剧。
被视为世界三大酸雨之一的重庆市,每年因酸雨造成的经济损失高达5~6亿元,在重庆南山风景区,马尾松成片死亡,松针、叶尖枯黄脱落,森林死亡面积已达800多公倾。
在酸雨的侵蚀下,重庆嘉陵江大桥的钢梁必须每年除锈油漆一次,每年花维修费用比南京长江大桥多得多,而其长度仅为南京长江大桥的1/4;重庆城区的电线平均10年就要更换线材;重庆电视塔建成后仅三年就锈迹斑驳。
因酸雨造成的物种退化、名胜古迹受损,对人体和物种生存的潜在影响,更是无法用价值来估量。
[讨论]6.大气中二氧化硫的来源?
[回答]来源于煤和石油的燃烧、金属矿石的冶炼等。
[讨论]7.防冶大气污染的主要方法?
[回答]减少废气的排放;将废气进行回收净化。
[讨论]8.水和土壤污染的来源?
[回答]工业生产排放的废水;城市生活污水;流入江河的农药、化肥;城市垃圾和工业废碴。
[讨论]9.食品污染的来源?
[回答]粮食、蔬菜、肉类、鱼类、蛋类、奶类、油类、酱类、酒类等食物中混入某些有毒有害物质或病菌。
[讨论]10.治理环境污染的主要措施有哪些?
[回答]控制废物的排放;将废物回收利用。
[板书]2.环境污染的治理
[讲述]环境污染危害着人类的生存与健康,但环境污染不是不可征服的,只要我们认真对待,加强环保意识,采取有效措施,就能不断地预防和消除环境污染,变废为宝,为人类创造出一个美好的劳动和生活环境。
[过渡]下面讨论有关工业生产中的多步计算问题。
[板书]三、多步化学反应的计算
[投影]例:
工业上用接触法制取硫酸,加入含FeS290%的硫铁矿500t,煅烧时损失5%的硫,二氧化硫转化为三氧化硫时损失15%的二氧化硫,三氧化硫被水吸收时又损失0.5%,求这些硫铁矿能制得98%的硫酸多少吨?
[讲述]解这类计算题时,首先应搞清题目中涉及到的转化率、损失率、利用率、产率、纯度等概念。
原料的转化率=原料利用率=1-原料的损失率
[设问]解题思路是什么?
[回答]依据所发生的化学反应,分步求解
[投影]4FeS2+11O2
2Fe2O2+8SO2
4×120 8×64
500×90%×95% x
2×64 2×80
SO3+H2O================================H2SO4
80 98
=602.6(t)
[设问]分步计算,过程繁琐,易出现错误,有无简便做法?
[回答]可依据多步反应的化学方程式,推导出起始原料与最终产物的定量关系式,然后依关系式求解。
[板书]4FeS+11O2
2Fe2O3+8SO2
2SO2+O2
2SO3
SO3+H2O==H2SO4
∴FeS2—2SO2—2SO3—2H2SO4
[讲述]要注意的是题目中给出的是生产过程中损失的S、SO2、SO3而不是FeS2的损失率,但由于每种化合物都有固定组成,所以在化学反应中,当化合物有损失时,则组成该化合物的各元素也随之损失,且化合物的损失率等于组成中各元素的损失率,反之化合物中各元素的损失率也就是该化合物的损失率。
因此无论是SO2还是SO3的损失率都可看成是硫元素的损失率,依据质量守恒定律,各项硫元素的损失均可归于原料黄铁矿的硫元素上。
[板书]设可制得98%的硫酸x吨
FeS2 2H2SO4
120t 2×98t
500t×90%×95%×95%×85%×99.5% x·98%
x=602.6t
[投影]课堂练习
1.用含FeS278%的黄铁矿制硫酸,煅烧时损失6%的硫,在接触氧化时又损失2%的硫,求制取1吨98%的浓H2SO4需此黄铁矿多少吨?
[板演]设需此黄铁矿的质量为x
FeS2 2H2SO4
120t 2×98t
x·78%×94%×98% 1×98%
x=0.835t
[投影]课堂练习
2.在氧气中灼烧1.6g铁和硫组成的化合物,使其中的硫全部转化为SO2气体,这些SO2全部转变为H2SO4,这些H2SO4正好用80mL0.5mol/L的NaOH溶液中和,求原化合物中硫的质量分数。
[板演]解:
原化合物中硫元素的质量为x
S H2SO4 2NaOH
32g 2mol
x 0.5mol/L×0.08L
x=0.64g
ω(S)=0.64g/1.6g=40%
(三)总结与扩展
多步反应计算的解题规律及注意事项:
1.解题规律
依据多步反应的化学方程式或元素的守恒原则,推导出起始原料与最终产物之间的定量关系式,一步求解。
2.解题注意
(1)如所给反应物或生成物是不纯量,应先折算为纯量再进行计算。
(2)给出某元素或某物的损失率,应先换算成转化率再进行计算。
转化率=1-损失率。
(3)某一化合物中元素的损失率=该化合物的损失率;中间产物的损失率=原料的损失率。
(四)板书设计
二、环境保护
1.环境污染
(1)大气污染:
(2)酸雨:
pH<5.6的降水
2.环境污染的治理
三、多步化学反应的计算
解:
设可制得98%的硫酸x吨
4FeS2+11O2
2Fe2O3+8SO2
2SO2+O2
2SO3
SO3+H2O==H2SO4
∴FeS2 2H2SO4
120t 2×98t
500t×90%×95%×85%×99.5 x·98%
x=602.t
七、布置作业
课本第77~78页,第1、2、3题。
八、参考资料
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